Functional characterization of the cation diffusion facilitator AtMTP10 in Arabidopsis thaliana

Abstract

Das Metal Tolerance Protein 10 (MTP10) gehört zur Untergruppe der Mn-Transporter innerhalb der Cation Diffusion Facilitator (CDF) Familie in Arabidopsis thaliana. Heterologe Expression in Hefe zeigte, dass MTP10 Mn und Fe transportiert. In Pflanzen wurde eine Expression von MTP10 im Leitgewebe gezeigt, welche in Wurzeln auf Zellen des Perizykels begrenzt war. Kolokalisierungsstudien zeigten eine subzelluläre Lokalisation von MTP10 im endoplasmatischen Retikulum und in vesikulären Kompartimenten. Im Vergleich zum Wildtyp zeigten mtp10 Knockoutmutanten verringerte Mn-Konzentrationen im Spross. Interessanterweise unterschieden sich die Mn-Translokationsraten beider Genotypen nur in Dunkelheit. Weiterhin zeigten mtp10-Pflanzen eine höhere Sensitivität gegenüber Wiederbelüftung nach Sauerstoffmangel. Unter diesen Bedingungen zeigten Pflanzen des Wildtyps, aber nicht die der mtp10-Mutante, eine erhöhte Verlagerung an Mn, was darauf hindeutet, dass dieser Defekt möglicherweise mit der schlechteren Regenerationsfähigkeit in Verbindung steht. Die physiologische Rolle des verlagerten Mn während der Wiederbelüftung bleibt zu klären.

The Metal Tolerance Protein 10 (MTP10) belongs to the subgroup of Mn transporters within the Cation Diffusion Facilitator (CDF) family in Arabidopsis thaliana. Heterologous expression in yeast indicated that MTP10 transports Mn as well as Fe. In plants, expression of MTP10 was observed in the vasculature, which in roots was restricted to cells of the pericycle. Co-localization studies revealed a subcellular localization of MTP10 to the endoplasmic reticulum and to vesicular compartments. Compared to the wild type, mtp10 knockout mutants showed decreased shoot Mn concentrations, indicating a defect in root-to-shoot translocation of Mn. This was supported by the finding that the Mn translocation rate in xylem exudates differed in the dark period between mtp10 and the wild type. Furthermore, mtp10 mutants were sensitive to re-oxygenation after oxygen deprivation. Under those conditions, wild type plants, but not mtp10 mutants, translocated increased amounts of Mn to the shoot, suggesting that this defect may be related to its poorer regeneration ability. The physiological role of the translocated Mn during re-oxygenation remains to be elucidated.